是什么让肽具有电特性？最近的研究建议是折叠的构型。研究团队结合了单分子测试、分子动态模拟和量子力学来支持他们的结论。
是什么让肽具有电特性？最近发表在《美国国家科学院院刊》的研究提出了折叠的构型。
电子传输过程对发生在活细胞中的能量生成至关重要，它促进光合作用和呼吸作用，而在那些具有紧凑折叠结构的肽中，这一过程更加高效。贝克曼高等科学与技术研究所的一个多学科团队进行了单分子实验、分子动态模拟和量子力学研究，以证实他们的结果。
首席研究员查尔斯·施罗德（Charles Schroeder），伊利诺伊大学厄本那-香槟分校材料科学与工程的詹姆斯·经济教授表示：“这一发现增强了我们对电子如何在复杂结构的肽中流动的理解，并为设计和创造更高效的分子电子设备开辟了新可能。”
蛋白质存在于所有生物体中，扮演着多种细胞功能中的重要角色，包括光合作用、呼吸作用（吸入氧气并释放二氧化碳）和肌肉运动。
在化学层面上，蛋白质是由氨基酸构成的长链，类似于节日灯串，不同的颜色象征着不同的氨基酸，例如色氨酸和谷氨酰胺。
在其最简单的形式（一级结构）中，氨基酸序列是平坦的。然而，氨基酸往往会相互作用，导致链条缠结，形成一种称为蛋白质折叠（或二级结构）的结构转变。
研究人员试图理解蛋白质的结构是否以及如何影响其电导率，这在以往研究中并没有得到令人满意的回答。
施罗德小组的研究生拉贾尔希“瑞久”萨马杰达（Rajarshi “Reeju” Samajdar）正在分子层面仔细研究这个问题。然而，萨马杰达并没有直接研究蛋白质；他专注于肽——由较少的氨基酸组成的蛋白质短片段。在这项研究中，他利用由约四或五个氨基酸组成的肽，以获得更详细的见解。
令他惊讶的是，萨马杰达发现，具有一级结构的延伸肽的能量传导能力低于其具有二级结构的折叠对应物。肽在每种状态下行为的显著差异引起了他的兴趣。
“肽是高度灵活的。我们旨在揭示当我们拉伸肽时，它们的导电特性如何变化，从折叠的二级结构转变为延伸形式。值得注意的是，我观察到这两种结构之间存在明显的转变，每种结构都有独特的电特性，”萨马杰达解释说。
为了验证他的发现，萨马杰达请来了研究生助理莫因·梅古尼（Moeen Meigooni）的帮助，他与贝克曼研究员兼生物化学J.伍德兰·哈斯廷斯讲座教授埃马德·塔基霍尔希德（Emad Tajkhorshid）合作。
研究小组利用计算机建模模拟肽的构象行为，确认萨马杰达注意到的突发结构变化。他们详细解决了研究的各个方面，与蒙大拿州立大学的化学助理教授马丁·莫斯克拉（Martin Mosquera）和伊利诺伊州的贝克曼研究员及化学助理教授尼古拉斯·杰克逊（Nicholas Jackson）合作，进行量子力学计算，证实这两种不同结构与电导率的变化相对应。
“我们相信，我们的方法结合了单分子实验、分子动力学的结构建模和量子力学，是加深我们对分子电子学理解的一种有效方法，”萨马杰达表示。“虽然我们可以通过量子力学直接处理这个问题，但模拟的方面使我们能够探索肽的所有可能构象状态。”
研究人员经过充分验证的发现表明，具有折叠二级结构的肽确实比那些具有未折叠一级结构的肽更能导电。具体而言，他们检查的折叠结构采用了被称为310螺旋的形状。
由于他们的工作集中在肽上，因此其影响扩展到对更大、更复杂的蛋白质和其他生物分子中电子传输的更深理解。这项研究表明，潜在的应用包括分子电子设备，例如通过切换两种不同配置进行操作的半导体。
